(57)【要約】【課題】応答遅れを生じることなく、ノイズに伴って発生する電流検出手段の出力変動を抑えることができる電力変換装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、電流センサ１３、１４と、＋５Ｖ電源回路１５０と、１５Ｖ電源回路１５１と、−５Ｖ電源回路１５２と、コイル１５３とを備えている。電流センサ１３、１４の基準電源入力端子はコイル１５３を介して＋５Ｖ電源回路１５０の電源出力端子に、＋電源入力端子は１５Ｖ電源回路１５１の電源出力端子に、−電源入力端子は−５Ｖ電源回路１５２の電源出力端子にそれぞれ接続されている。ノイズに伴って電源回路の出力電圧が変動しても、コイル１５３のインダクタンスによって、電流センサ１３、１４の基準電圧の変動を減衰させることができる。これにより、電流センサ１３、１４の基準電圧を安定し、応答遅れを生じることなく、ノイズに伴って発生する電流センサ１３、１４の出力変動を抑えることができる。【選択図】図２
2010017039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電圧を出力する第１電源と、
前記第１電圧より大きい第２電圧を出力する第２電源と、
前記第１電圧より小さい第３電圧を出力する第３電源と、
スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子をオン、オフすることで、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換手段と、
前記第１電源、前記第２電源及び前記第３電源に接続され、前記第１電圧、前記第２電圧及び前記第３電圧を供給されることで、前記第１電圧を基準電圧として作動し、前記電力変換手段の出力する交流電流を検出して出力する電流検出手段と、
前記第１電源に接続され、前記第１電圧を供給されることで作動し、前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記電力変換手段を制御する制御手段と、
を備えた電力変換装置において、
前記電流検出手段に接続される前記第１電源、前記第２電源及び前記第３電源のうち、前記第１電源と前記電流検出手段の間にのみコイルが介挿されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記コイルは、前記電力変換手段から離れた位置に介挿されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コイルは、外周の少なくとも一部が導体によって覆われていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電流を検出する電流検出手段を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力電流を検出する電流検出手段を備えた電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されている電力変換装置がある。この電力変換装置は、インバータと、出力電流検出器とを備えている。インバータは、スイッチング素子によって構成されている。スイッチング素子をオン、オフすることで、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。出力電流検出器は、インバータの出力電流を検出して出力する。
【０００３】
ところで、インバータを構成するスイッチング素子がオン、オフすることで、ノイズが発生する。それに伴って、出力電流検出器の出力が変動する。そのため、出力電流を正確に検出し出力できないという問題があった。
【０００４】
これに対し、ノイズに伴う出力電流検出器の出力変動を抑えることができる電力変換装置として、例えば特許文献２に開示されている系統連系インバータがある。このインバータは、電流検出手段と、積分回路とを備えている。電流検出手段は、インバータの出力電流を検出して出力する。積分回路は、電流検出手段の出力端に接続され、出力変動を除去する。これにより、ノイズに伴って発生する出力変動を抑えることができる。
【特許文献１】特開２００７−８９２６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前述した系統連系インバータでは、積分回路によって応答遅れが発生してしまう。そのため、急激な出力電流の変化を正確に検出して出力することができないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、応答遅れを生じることなく、ノイズに伴って発生する電流検出手段の出力変動を抑えることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、ノイズに伴って発生する電流検出手段の基準電圧の変動を、コイルのインダクタンスによって抑えることで、応答遅れを生じることなく、ノイズに伴って発生する電流検出手段の出力変動を抑えられることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、第１電圧を出力する第１電源と、第１電圧より大きい第２電圧を出力する第２電源と、第１電圧より小さい第３電圧を出力する第３電源と、スイッチング素子を有し、スイッチング素子をオン、オフすることで、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換手段と、第１電源、第２電源及び第３電源に接続され、第１電圧、第２電圧及び第３電圧を供給されることで、第１電圧を基準電圧として作動し、電力変換手段の出力する交流電流を検出して出力する電流検出手段と、第１電源に接続され、第１電圧を供給されることで作動し、電流検出手段の検出結果に基づいて電力変換手段を制御する制御手段と、を備えた電力変換装置において、電流検出手段に接続される第１電源、第２電源及び第３電源のうち、第１電源と電流検出手段の間にのみコイルが介挿されていることを特徴とする。なお、第１〜第３電圧及び第１〜第３電源は、電圧及び電源を区別するために便宜的に導入したものである。
【０００９】
この構成によれば、スイッチング素子をオン、オフすることで、ノイズが発生する。それに伴って、第１電源、第２電源及び第３電源の出力電圧が変動することとなる。しかし、第１電源と電流検出手段との間には、コイルが介挿されている。そのため、コイルのインダクタンスによって、ノイズに伴う第１電圧の変動を減衰させることができる。これにより、電流検出手段の作動の基準となる基準電圧を安定させることができる。従って、従来のように積分回路を用いる必要がないため、応答遅れを生じることなく、ノイズに伴って発生する電流検出手段の出力変動を抑えることができる。
【００１０】
請求項２に記載の電力変換装置は、請求項１に記載の電力変換装置において、コイルは、電力変換手段から離れた位置に介挿されていることを特徴とする。この構成によれば、前述したように、電力変換手段のスイッチング素子がオン、オフすることで、ノイズが発生する。スイッチング素子のスイッチングに伴って発生したノイズは、空間にも放射される。しかし、コイルは、電力変換手段から離れた位置に介挿されている。そのため、コイルに対する放射ノイズの影響を抑えることができる。
【００１１】
請求項３に記載の電力変換装置は、請求項１又は２のいずれか１項に記載の電力変換装置において、コイルは、外周の少なくとも一部が導体によって覆われていることを特徴とする。この構成によれば、周囲を覆う導体によって、コイルに対する放射ノイズの影響を確実に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載されたモータを制御するモータ制御装置に適用した例を示す。
【００１３】
まず、図１〜図４を参照してモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。図２は、制御回路の回路図である。図３は、コイルの構成を説明するための斜視図である。図２は、モータ制御装置の構成を説明するための斜視図である。なお、図中における左右方向及び上下方向は、モータ制御装置を説明するために便宜的に導入したものである。
【００１４】
図１に示すモータ制御装置１（電力変換装置）は、高電圧バッテリＢ１の出力する直流低電圧を３相交流電圧に変換して３相交流モータＭ１に供給し、３相交流モータＭ１を駆動する装置である。つまり、直流電力を交流電力に変換する装置である。モータ制御装置１は、平滑用コンデンサ１０と、電力変換回路１１と、駆動回路１２と、電流センサ１３、１４と、制御回路１５とから構成されている。
【００１５】
平滑用コンデンサ１０は、高電圧バッテリＢ１０の直流電圧を平滑するための素子である。平滑用コンデンサ１０の正極端子及び負極端子は、高電圧バッテリＢ１０の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。
【００１６】
電力変換回路１１は、平滑用コンデンサ１０によって平滑された高電圧バッテリＢ１０の直流電圧を３相交流電圧に変換し、３相交流モータＭ１に供給する回路である。電力変換回路１１は、ＩＧＢＴ１１０〜１１５によって構成されている。
【００１７】
ＩＧＢＴ１１０〜１１５は、オン、オフすることで直流電圧を３相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１１０、１１３、ＩＧＢＴ１１１、１１４及びＩＧＢＴ１１２、１１５は、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０〜１１２のエミッタ端子が、ＩＧＢＴ１１３〜１１５のコレクタ端子にそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１１０、１１３、ＩＧＢＴ１１１、１１４及びＩＧＢＴ１１２、１１５は、並列接続されている。３つのＩＧＢＴ１１０〜１１２のコレクタ端子は平滑用コンデンサ１０の正極端子に、３つのＩＧＢＴ１１３〜１１５のエミッタ端子は平滑用コンデンサ１０の負極端子にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１１０〜１１５のゲート端子は、駆動回路１２にそれぞれ接続されている。また、直列接続されたＩＧＢＴ１１０、１１３、ＩＧＢＴ１１１、１１４及びＩＧＢＴ１１２、１１５の直列接続点に形成されるＵ、Ｖ、Ｗ相端子は、３相交流モータＭ１にそれぞれ接続されている。
【００１８】
駆動回路１２は、制御回路１３から出力される駆動信号に基づいて電力変換回路１１を駆動する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０〜１１５毎に設けられ、駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１１０〜１１５をオン、オフする回路である。駆動回路１２の出力端子は、ＩＧＢＴ１１０〜１１５のゲートにそれぞれ接続されている。
【００１９】
電流センサ１３、１４は、基準電圧を中心に±１０Ｖの電圧を供給されることで作動し、３相交流モータＭ１に流れるＵ相電流及びＷ相電流を検出して出力する素子である。具体的には、Ｕ相電流及びＶ相電流に対応した、基準電圧を中心に±１０Ｖの範囲内の電圧を出力する素子である。電流センサ１３、１４は、電力変換回路１１のＵ相配線及びＶ相配線にそれぞれ配設されている。電流センサ１３、１４の電源入力端子及び出力端子は、制御回路１５にそれぞれ接続されている。
【００２０】
制御回路１５は、外部から入力される指令、及び、電流センサ１３、１４の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１１０〜１１５のオン、オフを制御するための駆動信号を出力する回路である。図２に示すように、制御回路１５は、＋５Ｖ電源回路１５０（第１電源）と、１５Ｖ電源回路１５１（第２電源）と、−５Ｖ電源回路１５２（第３電源）と、コイル１５３と、電圧変換回路１５４と、マイクロコンピュータ１５５（制御手段）とから構成されている。
【００２１】
＋５Ｖ電源回路１５０は、低電圧バッテリＢ１１の直流電圧を、車体の電位を基準として＋５Ｖ（第１電圧）に変換して出力する回路である。＋５Ｖ電源回路１５０の電源入力端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。低電圧バッテリＢ１１の負極端子は、車体に接地されている。また、＋５Ｖ電源回路１５０の電源出力端子は、コイル１５３を介して電流センサ１３、１４の基準電源入力端子にそれぞれ接続されている。これにより、電流センサ１３、１４に、基準電圧として＋５Ｖが供給されることとなる。さらに、電源出力端子は、電圧変換回路１５４及びマイクロコンピュータ１５５の電源入力端子にもそれぞれ接続されている。
【００２２】
１５Ｖ電源回路１５１は、低電圧バッテリＢ１１の直流電圧を、車体の電位を基準として１５Ｖ（第２電圧）に変換して出力する回路である。１５Ｖ電源回路１５１の電源入力端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、電源出力端子は、電流センサ１３、１４の＋電源入力端子にそれぞれ接続されている。これにより、電流センサ１３、１４に、基準電圧＋５Ｖを中心に＋１０Ｖが供給されることとなる。
【００２３】
−５Ｖ電源回路１５２は、低電圧バッテリＢ１１の直流電圧を、車体の電位を基準として−５Ｖ（第３電圧）に変換して出力する回路である。−５Ｖ電源回路１５２の電源入力端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、電源出力端子は、電流センサ１３、１４の−電源入力端子にそれぞれ接続されている。これにより、電流センサ１３、１４に、基準電圧＋５Ｖを中心に−１０Ｖが供給されることとなる。
【００２４】
コイル１５３は、ＩＧＢＴ１１０〜１１５のスイッチングノイズに伴って発生する＋５Ｖ電源回路１５２の出力電圧の変動をインダクタンスによって抑える素子である。図３に示すように、コイル１５３は、ケース１５３ａを備えている。ケース１５３ａは、導体からなる有底円筒状の部材である。ケース１５３ａは、コイル１５３から絶縁された状態で、コイル１５３の周囲を覆うように配設されている。図２に示すように、コイル１５３は、＋５Ｖ電源回路１５２と電流センサ１３、１４の間に介挿されている。具体的には、コイル１５３の一端が＋５Ｖ電源回路１５０の電源出力端子に、他端が電流センサ１３、１４の基準電源入力端子にそれぞれ接続されている。
【００２５】
電圧変換回路１５４は、＋５Ｖの電圧を供給されることで作動し、電流センサ１３、１４の出力電圧を、マイクロコンピュータ１５５の入力可能な０〜５Ｖの範囲内の電圧に変換するための回路である。電圧変換回路１５４の電源入力端子は、＋５Ｖ電源回路１５０の電源出力端子に接続されている。また、電圧変換回路１５４の入力端子は、電流センサ１３、１４の出力端子にそれぞれ接続されている。
【００２６】
マイクロコンピュータ１５５は、＋５Ｖの電圧を供給されることで作動し、外部から入力される指令、及び、電圧変換回路１５４によって変換された電流センサ１３、１４の出力電圧に基づいて、ＩＧＢＴ１１０〜１１５のオン、オフを制御するための駆動信号を出力する素子である。マイクロコンピュータ１５５の電源入力端子は、＋５Ｖ電源回路の電源出力端子に接続されている。また、電圧入力端子は、電圧変換回路１５４の電圧出力端子にそれぞれ接続されている。さらに、駆動信号出力端子は、駆動回路１２にそれぞれ接続されている。
【００２７】
図４に示すように、制御回路１５は、配線基板１６の所定領域に実装されている。平滑用コンデンサ１０の上方に形成される直方体状の空間に電力変換回路１１が配置されている。配線基板１６は、電力変換回路１１の上方に配置されている。１５Ｖ電源回路１５１、＋５Ｖ電源回路１５０及び−５Ｖ電源回路１５２は、配線基板１６上の所定領域に実装されている。具体的には、電力変換回路１１が配置される直方体状の空間の上方より右方の領域に実装されている。コイル１５３も、配線基板１６上に実装されている。具体的には、電力変換回路１１が配置される直方体状の空間の上方より左方の離れた位置に実装されている。
【００２８】
次に、図１及び図２を参照してモータ制御装置の動作について説明する。
【００２９】
図１において、外部から指令が入力されると、モータ制御装置１は動作を開始する。制御回路１５は、入力された指令、及び、電流センサ１３、１４の検出結果に基づいて、ＩＧＢＴ１１０〜１１５をオン、オフするための駆動信号を出力する。駆動回路１２は、制御回路１５から出力される駆動信号に基づいて、ＩＧＢＴ１１０〜１１５を所定のタイミングでオン、オフして、高電圧バッテリＢ１０の直流電圧を３相交流電圧に変換し、３相交流モータＭ１に供給する。
【００３０】
このとき、ＩＧＢＴ１１０〜１１５がオン、オフすることで高周波ノイズが発生する。それに伴って、１５Ｖ電源回路１５１、＋５Ｖ電源回路１５０及び−５Ｖ電源回路１５２の出力電圧が変動する。しかし、＋５Ｖ電源回路１５０と電流センサ１３、１４との間には、コイル１５３が介挿されている。そのため、コイル１５３のインダクタンスによって、ノイズに伴う＋５Ｖの電圧変動を減衰させることができる。これにより、電流センサ１３、１４の基準電圧を安定させることができる。従って、ノイズに伴って発生する電流センサ１３、１４の出力変動を抑えることができる。
【００３１】
最後に、具体的効果について説明する。本実施形態によれば、前述したように、ノイズに伴って発生する電流センサ１３、１４の基準電圧の変動を、コイル１５３のインダクタンスによって抑えることができる。そのため、ノイズに伴って発生する電流センサ１３、１４の出力変動を抑えることができる。しかも、従来のように、積分回路を用いる必要がないため、応答遅れを生じることなく、電流センサ１３、１４の出力変動を抑えることができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、ＩＧＢＴ１１０〜１１５がオン、オフすることで高周波ノイズが発生する。このノイズは、空間にも放射される。しかし、コイル１５３は、電力変換回路１１の上方より左方の離れた位置に実装されている。そのため、コイル１５３に対する放射ノイズの影響を抑えることができる。
【００３３】
さらに、本実施形態によれば、コイル１５３は、導体からなるケース１５３ａによって覆われている。そのため、ケース１５３ａによって、コイル１５３に対する放射ノイズの影響を確実に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。
【図２】制御回路の回路図である。
【図３】コイルの構成を説明するための斜視図である。
【図４】モータ制御装置の構成を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・モータ制御装置（電力変換装置）、１０・・・平滑用コンデンサ、１１・・・電力変換回路（電力変換手段）、１１０〜１１５・・・ＩＧＢＴ、１２・・・駆動回路、１３、１４・・・電流センサ（電流検出手段）、１５・・・制御回路、１５０・・・＋５Ｖ電源回路１５０（第１電源）、１５１・・・１５Ｖ電源回路１５１（第２電源）、１５２・・・−５Ｖ電源回路１５２（第３電源）、１５３・・・コイル、１５３ａ・・・ケース、１５４・・・電圧変換回路１５４、１５５・・・マイクロコンピュータ１５５（制御手段）、１６・・・配線基板、Ｂ１０・・・高電圧バッテリ、Ｂ１１・・・低電圧バッテリ、Ｍ１・・・３相交流モータ
【図１】
2010017039.tif 000003
【図２】
2010017039.tif 000004
【図３】
2010017039.tif 000005
【図４】
2010017039.tif 000006